CN201852333U - 一种太阳能吸热管 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能吸热管，包括玻璃外管、设置在所述玻璃外管内的金属内管及波纹管，在所述玻璃外管和金属内管之间形成真空的第一环形空间，所述波纹管的一端通过端盖与所述金属内管连接，所述波纹管的另一端通过连接件与封接金属环连接，所述波纹管为预压缩状态，且在轴向上位于所述玻璃外管端部的外侧；所述吸气剂装置在环向上分布在封接金属环与金属内管形成的第二环形空间内；所述连接件上固定有遮光环，所述遮光环在轴向上至少部分延伸到第一环形空间内，用于遮挡封接金属环与玻璃外管的封接处。本实用新型太阳能吸热管具有吸氢能力和便于制作的优点，吸热管的有效利用率高，使用寿命长。

Description

一种太阳能吸热管

技术领域

本实用新型属于太阳能光热利用技术领域，特别涉及一种应用于槽式太阳能集热系统的太阳能吸热管。

背景技术

槽式太阳能热发电系统是一种太阳能热利用系统，其利用可跟踪太阳的槽型抛物面反射镜，将入射光反射聚焦在吸热管上，金属内管表面涂覆的选择性吸收膜吸收太阳光加热管内工质，产生高温高压蒸气，推动汽轮机发电。太阳能吸热管是槽式太阳能热发电站中最为核心的部件。

中国专利号ZL200610112005.9中公开了一种高温太阳能集热管及其制造工艺，该高温太阳能集热管包括具有选择性吸收膜层的金属内管和环绕的玻璃外管，连接件将波纹管与金属内管连接，波纹管与玻璃-金属过渡件可伐环直接焊接，可伐环再与玻璃外管封接，玻璃外管与金属内管之间形成真空环形空间，用来降低热损失和防止选择性吸收膜遇到空气老化。这种太阳能吸热管一般长为4060mm，工作温度要求在300-400℃，管内工质为高温导热油，集热管的使用寿命一般要求达到20年。由于导热油高温老化会分解出氢气，该氢气在管内聚集，氢气在压力差下通过金属内管不断渗透到玻璃外管与金属内管之间形成的真空环形空间中。并且随着工作温度的升高和导热油不断的分解，真空环形空间的氢气越来越多。目前，为了保持集热管的真空，采取的措施一般是采用吸气剂，中国专利号为CN1720419A中公开一种吸气剂支撑组件，其包括一个桥状物，桥状物上形成有细长的槽，该槽具有吸气剂支撑部分，有多个固定连接的足部用来支撑该槽，另外还有防止聚光照射的反射表面，用来保护吸气剂。

在实现本实用新型的过程中，实用新型人发现现有技术至少存在以下问题：集热管中氢气增多会急剧增加热损失，降低集热管吸热效率。另外，由于波纹管较薄，与玻璃-金属过渡件壁厚相差大，焊接较为困难，经常造成焊接损坏或漏气。吸气剂支撑组件的缺点是该吸气剂装置放置在金属内管上，金属内管工作时温度在400℃以上，通过传热会使吸气剂温度升高，而同时吸气剂不可避免的会遭受聚光照射，使吸气剂变热。由于吸气剂的吸气性能随温度升高而显著降低，造成吸热管高温工作时效率降低。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种有效利用率高，使用寿命长，并具有吸氢能力和便于制作的太阳能吸热管。

为了实现上述目的本实用新型采取的技术方案是：一种太阳能吸热管，包括玻璃外管、设置在所述玻璃外管内的金属内管及波纹管，在所述玻璃外管和金属内管之间形成真空的第一环形空间，所述波纹管的一端通过端盖与所述金属内管连接，所述波纹管的另一端通过连接件与封接金属环连接，所述波纹管为预压缩状态，且在轴向上位于所述玻璃外管端部的外侧；所述吸气剂装置在环向上分布在封接金属环与金属内管形成的第二环形空间内；所述连接件上固定有遮光环，所述遮光环在轴向上至少部分延伸到第一环形空间内，用于遮挡封接金属环与玻璃外管的封接处。

所述波纹管具有3-8个波纹，所述波纹管预先压缩量为3-20mm。

所述连接件为L型环状；所述封接金属环为L型环状，所述连接件的L型横向端部与波纹管焊接，所述连接件的L型纵向端部与所述封接金属环的L型纵向端部焊接。

所述吸气剂装置具有至少一个托盘，所述托盘上设有吸气剂，所述吸气剂上设有压块。

所述托盘连接在连接件或遮光环上。

所述吸气剂为锆基吸氢剂。

所述端盖上设有凹槽，且所述凹槽位于端盖的内侧，所述凹槽处设有金属排气管。

所述玻璃外管的一个端部设有遮光环，所述玻璃外管的两个端部均设有波纹管和吸气剂装置，一端的吸气剂装置连接在连接件上，在环向上分布在第二环形空间内；另一端的吸气剂装置连接在连接件或遮光环上，在环向上分布在遮光环与封接金属环形成的第三环形空间中。

所述遮光环为L型或喇叭口型，所述遮光环在轴向上超出封接金属环与玻璃外管的封接处5-30mm，所述的遮光环的表面涂有反射太阳辐射的涂层。

所述的封接金属环与玻璃外管封接是双面熔封的，所述玻璃外管的端部为收缩口。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本实用新型太阳能吸热管具有吸氢能力和便于制作的优点，吸热管的有效利用率高，使用寿命长。

附图说明

图1是本实用新型实施例中提供的一种太阳能吸热管的剖面图；

图2是图1中吸气剂装置剖面图；

图3是图2的俯视图；

图4是图1中带金属排气管的端盖剖面图；

图5是本实用新型实施例中提供的另一种太阳能吸热管的剖面图；

图6为图5中带有吸气剂装置的遮光环结构示意图。

图中：1金属内管，2玻璃外管，3端盖，4波纹管，5连接件，6封接金属环，7吸气剂装置，8吸气剂，9遮光环，10凹槽，11金属排气管，12排气尾管，13第一环形空间，14第二环形空间，15第三环形空间，16托盘，17压块，18轴向延长部分。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

参见图1，一种太阳能吸热管，包括玻璃外管2、设置在玻璃外管2内的金属内管1及波纹管4，在玻璃外管2和金属内管1之间形成真空的第一环形空间13，波纹管4的一端通过端盖3与金属内管1连接，波纹管4的另一端通过连接件5与封接金属环6连接，波纹管4为预压缩状态，在玻璃外管2轴向上，波纹管4位于玻璃外管2端部的外侧；吸气剂装置7在环向上分布在封接金属环6与金属内管2形成的第二环形空间14内；连接件5上固定有遮光环9，遮光环9在轴向上至少部分延伸到第一环形空间13内，遮光环9用于遮挡封接金属环6与玻璃外管2的封接处。

本实用新型的波纹管采用耐高温的金属，太阳能吸热管由于在实际运行时，金属内管中工质的温度在400℃左右，而玻璃外管温度在100℃左右，金属内管的膨胀系数要远大于玻璃外管的膨胀系数，金属内管比玻璃外管多伸长20多毫米。为了缓解内外管之间的膨胀差，在玻璃外管端部放置波纹管。波纹管在轴向上完全位于玻璃外管端部的外侧，为了保证其伸缩量，每个波纹管至少具有3个波纹。同时，为了提高吸热管的有效利用率，减少波纹管的长度，增加玻璃外管的长度，吸热管在装配时波纹管始终处于预先压缩状态，提高了波纹管的缓解膨胀的能力，波纹管预压缩量至少3mm，一般可以在10mm左右，这样当吸热管高温工作时，波纹管能够恢复到既无压缩又无拉伸的初始状态，使玻璃外管与封接金属环封接处在高温时也不会受到较大的拉力，延长吸热管的使用寿命长。本实用新型的太阳能吸热管具有吸氢能力和便于制作的优点，吸热管的有效利用率高。

参见图1，为了方便连接件5与波纹管4和封接金属环6焊接，连接件5为L型环状；连接件5具有轴向延伸部分18，即连接件5的L型横向边，连接件5的L型横向端部焊接到波纹管4上，遮光环6焊接在连接件5的表面上，封接金属环6为L型环状，连接件5的L型纵向端部与封接金属环6的L型纵向端部焊接，可以方便的进行焊接，从而解决了波纹管直接与封接金属环焊接由于壁厚相差过大而焊接较为困难的问题。连接件5的L型环状结构另一个作用是用于吸气剂装置和遮光环的固定，避免在吸热管的真空空间布置过多的金属件，从而降低成本和减少放气源。

参见图2和图3，吸气剂装置7具有多个连接到连接件的托盘16，吸气剂8承载于这些托盘16中，吸气剂8可以为饼状或环状，为了保持和固定吸气剂8在托盘16中，吸气剂装置7还具有压块17，压块17将吸气剂8压紧在托盘16中。吸气剂装置7通过大量的托盘16在环向上分布在封接金属环与金属内管形成的第一环形空间内，并固定在连接件上，从而避免了聚光直接照射，并使吸气剂的工作温度始终低于200℃，大大提高了吸气剂的吸气能力，延长吸热管的使用寿命。由于导热油分解的氢气能够通过钢管渗透到真空中，吸气剂8优选为锆基吸氢剂，该种吸气剂能够吸收小分子气体，特别是氢气。

参见图5，也可以采用将吸气剂装置7在环向上分布在遮光环9与封接金属环6形成的第三环形空间15中，吸气剂装置7直接固定在遮光环9的外壁或连接件5上，这样由于遮光环9阻止了倾斜反射聚焦的光线照射到吸气剂上，降低吸气剂工作温度。

参见图1和图4，端盖3上设有凹槽10，且凹槽10位于端盖3的内侧，凹槽10处还可以设有金属排气管11。

当端盖与金属内管进行焊接时，端盖的凹槽设计不仅方便焊接，焊缝隐藏在凹槽内更美观，而且可以减少端盖在吸热管轴向长度，增加玻璃外管的长度，进一步提高了吸热管的聚光有效利用率。端盖的凹槽处有一个金属排气管，优点在于不仅可以通过该金属排气管进行吸热管高温真空排气，而且可以在吸热管真空失效或吸气剂吸气能力降低后，可以再次抽真空，延长吸热管使用寿命。

为了防止槽式反光镜将光线反射聚焦到玻璃外管与封接金属环封接处造成玻璃外管炸裂，连接件上固定遮光环，遮光环采用镜面材料，也可以在表面涂有反射太阳辐射的涂层，制成喇叭口型或L型，在轴向上至少部分延伸到玻璃外管与金属内管形成的环形空间内，遮光环在在轴向上超出封接金属环与玻璃外管的封接处5-30mm，这样不仅可以遮挡光线照射到封接处，同时可以将光线反射聚焦到吸热管的金属内管上，增加吸热管的效率。

封接金属环与玻璃外管通过火焰或其他加热方式直接进行熔封，封接处两面均包有玻璃，形成双面封接，这样可以提高玻璃与金属的封接强度和真空气密性。

参加图5，为了降低吸热管的成本，将玻璃外管两端都加工出缩口，这样可以减少波纹管和封接金属环的直径，从而节约成本。

本实用新型吸气剂装置上吸气剂的数量根据需求放置，可以在吸热管的一端布置，也可以在两端都布置，且每端都可以布置至少一圈吸气剂，下面通过一个具体的实施例来说明本实用新型的结构。

参见图1，太阳能吸热管的结构包括玻璃外管2、同轴的带有太阳能选择性吸收涂层的金属内管1及具有膨胀补偿作用的波纹管4，在玻璃外管2和金属内管1之间形成真空的第一环形空间13；玻璃外管2上设有排气尾管12；波纹管4在轴向上位于玻璃外管2端部的外侧，波纹管4采用3个波纹，在吸热管装配时波纹管预先压缩量为10mm，大大减小了波纹管的长度；波纹管4的一端通过端盖3与金属内管1连接，端盖3具有深度为5mm的凹槽10。如图3所示，凹槽10位于端盖3内侧，以便于端盖3与金属内管1进行焊接，焊缝刚好位于凹槽10内，吸热管的一端的端盖3在凹槽10内还设计有一个金属排气管11，用于吸热管真空失效或氢气过多时再次进行真空排气；波纹管4的另一端通过连接件5与封接金属环6连接，连接件5为L型环状，连接件5具有轴向延伸部分18，连接件5通过轴向延伸部分18焊接到波纹管4上，连接件5的纵向部分与封接金属环6进行焊接，这样方便的进行焊接；封接金属环6与玻璃外管2封接是双面直接高温熔封的。两套吸气剂装置7分别位于吸热管两端，其中一端在环向上分布在封接金属环6与金属内管1形成的第二环形空间14内，另一端在环向上分布在遮光环9与封接金属环6形成的第三环形空间15中，两端的吸气剂装置7都固定在连接件5上。吸气剂装置7具有一圈30个连接到连接件5的托盘16，如图2和图3所示，吸气剂8便承载于这些托盘中，并通过压块17将其压紧在托盘中，这些吸气剂采用饼状的锆基吸氢剂。在吸热管的一端装有遮光环9，该遮光环表面涂有反射太阳辐射的涂层，为喇叭口型，遮光环在轴向上超出玻璃与金属封接处15mm，延伸到玻璃外管与金属内管形成的第一环形空间13内。

参见图5，本实施例的结构与图1的结构基本相同，所不同的是，在吸热管装配时波纹管预先压缩量为3mm；端盖3具有深度为2mm的凹槽10，为了降低吸热管的成本，将玻璃外管2每端都加工出缩口，这样可以减少波纹管4和封接金属环6的直径，从而节约成本；两套吸气剂装置7分别位于吸热管两端，一端的吸气剂装置7固定在连接件5上，另一端的吸气剂装置7在环向上直接固定在遮光环9上，如图6所示，吸气剂装置7具有一圈40个连接到连接件5的托盘16，吸气剂8便承载于这些托盘中，并通过压块17将其压紧在托盘中，这些吸气剂采用环状的锆基吸氢剂。在吸热管的一端装有遮光环9，遮光环9表面涂有反射太阳辐射的涂层，遮光环9为L型，遮光环9在轴向上超出玻璃与金属封接处20mm，延伸到玻璃外管与金属内管形成的第一环形空间13内。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太阳能吸热管，包括玻璃外管、设置在所述玻璃外管内的金属内管及波纹管，在所述玻璃外管和金属内管之间形成真空的第一环形空间，其特征在于，所述波纹管的一端通过端盖与所述金属内管连接，所述波纹管的另一端通过连接件与封接金属环连接，所述波纹管为预压缩状态，且在轴向上位于所述玻璃外管端部的外侧；所述吸气剂装置在环向上分布在封接金属环与金属内管形成的第二环形空间内；所述连接件上固定有遮光环，所述遮光环在轴向上至少部分延伸到第一环形空间内，用于遮挡封接金属环与玻璃外管的封接处。

2.根据权利要求1所述的太阳能吸热管，其特征在于，所述波纹管具有3-8个波纹，所述波纹管预先压缩量为3-20mm。

3.根据权利要求1所述的太阳能吸热管，其特征在于，所述连接件为L型环状；所述封接金属环为L型环状，所述连接件的L型横向端部与波纹管焊接，所述连接件的L型纵向端部与所述封接金属环的L型纵向端部焊接。

4.根据权利要求1所述的太阳能吸热管，其特征在于，所述吸气剂装置具有至少一个托盘，所述托盘上设有吸气剂，所述吸气剂上设有压块。

5.根据权利要求4所述的太阳能吸热管，其特征在于，所述托盘连接在连接件或遮光环上。

6.根据权利要求4或5所述的太阳能吸热管，其特征在于，所述吸气剂为锆基吸氢剂。

7.根据权利要求1所述的太阳能吸热管，其特征在于，所述端盖上设有凹槽，且所述凹槽位于端盖的内侧，所述凹槽处设有金属排气管。

8.根据权利要求1所述的太阳能吸热管，其特征在于，所述玻璃外管的一个端部设有遮光环，所述玻璃外管的两个端部均设有波纹管和吸气剂装置，一端的吸气剂装置连接在连接件上，在环向上分布在第二环形空间内；另一端的吸气剂装置连接在连接件或遮光环上，在环向上分布在遮光环与封接金属环形成的第三环形空间中。

9.根据权利要求1所述的太阳能吸热管，其特征在于，所述遮光环为L型或喇叭口型，所述遮光环在轴向上超出封接金属环与玻璃外管的封接处5-30mm，所述的遮光环的表面涂有反射太阳辐射的涂层。

10.根据权利要求1所述的太阳能吸热管，其特征在于，所述的封接金属环与玻璃外管封接是双面熔封的，所述玻璃外管的端部为收缩口。

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